第二讲 沉降设备、过滤基本概念、过滤设备及基本方程式(2010)
合集下载
第三章 沉降与过滤资料
21
二、 离心沉降设备 （一）旋风分离器 1. 结构与工作原理
KC为5~2500，可分离 气体中5~75m的颗粒。
8/8/2019
22
2. 临界颗粒直径
假设： • 切向速度ut=进口速度ui • 颗粒沉降的最大距离b • 层流
b ui
rm——平均旋转半径
8/8/2019
23
沉降速度：
ur
dp2(p 18
8/8/2019
53
8/8/2019
31
第四节 过 滤
一、悬浮液的过滤
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
推动力：压力差，离心力，重力
阻 力：滤饼、过滤介质阻力
8/8/2019
32
（一）两种过滤方式 1. 滤饼过滤
8/8/2019
33
2. 深层过滤
8/8/2019
34
（二）过滤介质
•织物介质 • 多孔性固体介质 • 堆积介质 • 多孔膜：高聚物膜、无机膜
8/8/2019
26
(二) 旋液分离器
8/8/2019
27
(三) 沉降式离心机
1. 管式离心机 2. 碟式离心机 3. 螺旋式离心机
8/8/2019
28
沉降离心机类型
管式离心机 特点是转鼓(管)直径
小、长度大、转速高、分离效率很高，
化工原理——沉降与过滤
27
3.3 过滤
一、悬浮液的过滤 过滤的原理及类型 过滤的原理；滤浆、滤液、滤饼或滤渣； 滤饼过滤和深层过滤
28
滤饼过滤 过滤介质阻力、滤饼阻力；表层过滤中起主要作用的是 形成的滤饼起过滤作用。 为了在过滤过程中限制滤饼 的增厚，Tiller于1977年提出 了动态过滤:料浆沿过滤介质 表面作高速流动，使得滤饼 在剪切力的作用下不会增 厚，可维持较高的过滤能力。
9
影响沉降速度的因素：
1）颗粒形状； 2）干扰沉降：颗粒间彼此影响的沉降过程； 3）壁效应影响：当颗粒的直径较大时，在近壁处的 沉降将受到明显的影响，经验值为β＝dp/D。 4）流体分子运动的影响：当颗粒的直径太小时，颗 粒的沉降还会受到流体分子间碰撞的影响。
10
二、典型重力沉降设备
降尘室 1、结构：
21
3.2 离心沉降
自由沉降受重力的影响无法满足要求，而改变沉降速 度的唯一因素只能通过改变力的大小来实现，即将重力用 离心力来代替。
一般在Stokes区沉降
22
一、离心沉降速度
ur =
2 4 d p ( ρ p − ρ ) uT ⋅ 3 ρξ r
ut =
4 gd p ( ρ p − ρ ) 3 ρξ
14
15
例 采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件 下炉气流量为 25000m3/h，密度为 0.6kg/m3，粘度为 2×10-5Pa·s，其中氧化铁 粉尘的密度为 4500kg/m3，要求全部除掉直径大于 100μm 的粉尘，试计算： (1) 所需降尘室的尺寸； (2) 炉气中直径为 60μm 的尘粒能否除掉，并估算能被除去的百分率； (3) 用上述计算确定的降尘室，要求将炉气中直径 60μm 的尘粒完全除掉， 降尘室最少应隔成几层？
3.3 过滤
一、悬浮液的过滤 过滤的原理及类型 过滤的原理；滤浆、滤液、滤饼或滤渣； 滤饼过滤和深层过滤
28
滤饼过滤 过滤介质阻力、滤饼阻力；表层过滤中起主要作用的是 形成的滤饼起过滤作用。 为了在过滤过程中限制滤饼 的增厚，Tiller于1977年提出 了动态过滤:料浆沿过滤介质 表面作高速流动，使得滤饼 在剪切力的作用下不会增 厚，可维持较高的过滤能力。
9
影响沉降速度的因素：
1）颗粒形状； 2）干扰沉降：颗粒间彼此影响的沉降过程； 3）壁效应影响：当颗粒的直径较大时，在近壁处的 沉降将受到明显的影响，经验值为β＝dp/D。 4）流体分子运动的影响：当颗粒的直径太小时，颗 粒的沉降还会受到流体分子间碰撞的影响。
10
二、典型重力沉降设备
降尘室 1、结构：
21
3.2 离心沉降
自由沉降受重力的影响无法满足要求，而改变沉降速 度的唯一因素只能通过改变力的大小来实现，即将重力用 离心力来代替。
一般在Stokes区沉降
22
一、离心沉降速度
ur =
2 4 d p ( ρ p − ρ ) uT ⋅ 3 ρξ r
ut =
4 gd p ( ρ p − ρ ) 3 ρξ
14
15
例 采用降尘室除去矿石焙烧炉出口的炉气中含有的粉尘。在操作条件 下炉气流量为 25000m3/h，密度为 0.6kg/m3，粘度为 2×10-5Pa·s，其中氧化铁 粉尘的密度为 4500kg/m3，要求全部除掉直径大于 100μm 的粉尘，试计算： (1) 所需降尘室的尺寸； (2) 炉气中直径为 60μm 的尘粒能否除掉，并估算能被除去的百分率； (3) 用上述计算确定的降尘室，要求将炉气中直径 60μm 的尘粒完全除掉， 降尘室最少应隔成几层？
过滤基本方程式PPT课件
图3-33 理想情况下Δp-u关系曲线
.
24
一、流化床的压降
2. 实际流化床
图3-34 气体流化床实际Δp-u关系曲线
.
25
二、流化床的不正常现象
1.腾涌现象
图3-35 腾涌发生后Δp-u关系曲线
.
26
二、流化床的不正常现象
2. 沟流现象
图3-36 沟流发生后Δp-u关系曲线
.
27
三、流化床的操作范围
系统颗粒混和均匀，温度、浓度分布均匀 强化了颗粒与流体间的传热、传质 易于连续自动操作 颗粒易磨损 反混，颗粒在床层内的停留时间不均
.
22
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
3.4 固体流态化 3.4.1 流态化的基本概念 3.4.2 流化床的流体力学特性
.
23
一、流化床的压降
1. 理想流化床
一个操作周期就是转筒旋转一周所用时间：
T 60
n
转筒
转速
.
8
二、连续过滤机的生产能力
在一个过滤周期内，转筒表面上任何一块过 滤面积所经历的过滤时间均为：
θ ψT 60ψ n
浸没度
代入恒压过滤方程，得每小时所得滤液体积， 即生产能力为：
Q 6 0 n V 6 0 [6 0 K A 2 ψ n V e 2 n 2 ) V e n ]
沉降与过滤：过滤
干法净制 气体净制的分类 湿法净制
电净制
干法净制
袋滤器：是用过滤法将含
尘气体中尘粒滤
除的气体净制方
法。 主要构造：
气体由袋外进入袋内
滤袋；滤袋支撑骨架；进气口；
灰斗；出灰口； 出气口。
湿法净制
概念：是使含尘气体与水接触使其中尘粒被水粘 附除去的净制方法。
基本原理：在设备内产生气-固-水三相高度湍动， 以提高三相的接触，使尘粒粘附。
文丘里洗涤器 主要构造：收缩管、喉管、扩散管
旋风分离器
电净制
概念：利用高压直流静电场的电离作用使通过电 场的含尘气体中的尘粒带电，带电尘粒被带相反电 荷的电极吸附，将尘粒从气体中分离出来，从而使 得气体得到净制。
静电吸尘器：
谢谢观看！
沉降与过滤：过滤
过滤
概念
过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介 质的孔道，而使固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物 系的固液分离单元操作。
过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。其由自身重力、 离心力、外加压力等力产生；
过滤介质：过滤操作所用的多孔性介质 工业上分类：
a. 织物介质：由天然或合成纤维、金属丝等编织而成的筛 网、滤布，适于滤饼过滤。 b. 多孔性固体介质：由素瓷、金属或玻璃烧结物、塑料பைடு நூலகம் 粉粘结而成的多孔性塑料管等，适于含粘软性絮状悬浮颗 粒或腐蚀性混悬液的过滤。 c. 粒状介质：由各种固体颗粒或非编织纤维堆积而成，适 于深层过滤。 d. 微孔滤膜：由高分子材料制成的薄膜状多孔介质，适于 精滤。
吉林大学食品工程原理第二章
s—— 球形度；
S —— 颗粒的表面积，m2； Sp—— 与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。
s
S Sp
2 壁效应 ：
当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉
降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
3干扰沉降
当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较
近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称
（三）过滤基本方程式
通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应 相等，则：
pc pm dV p Ad ( R Rm ) ( R Rm )
式中：Δp — 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。 上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来 表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。
24 / Ret
18.5 / Ret0.8
湍流区（牛顿区，103<Re<105）
0.44
注：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的
计算式是近似的。
（二）球形颗粒的自由沉降
设颗粒为表面光滑的球形粒子，在重力场 中降落。颗粒受到三个力的作用：重力、浮力 和阻力。其中，前两个力是恒定的，而阻力则 随颗粒降落速度而变。当三个力达到平衡时， 由牛顿第二定律知，颗粒速度不在变化，此速 度称为沉降速度。
深层过滤
3） 滤饼的压缩性和助滤剂
S —— 颗粒的表面积，m2； Sp—— 与颗粒体积相等的圆球的表面积，m2。
s
S Sp
2 壁效应 ：
当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉
降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
3干扰沉降
当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较
近时，颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称
（三）过滤基本方程式
通常，滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应 相等，则：
pc pm dV p Ad ( R Rm ) ( R Rm )
式中：Δp — 滤饼与滤布两侧的总压强差，称为过滤压强差。 上式表明，可用滤液通过串联的滤饼与滤布的总压强降来 表示过滤推动力，用两层的阻力之和来表示总阻力。
24 / Ret
18.5 / Ret0.8
湍流区（牛顿区，103<Re<105）
0.44
注：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的
计算式是近似的。
（二）球形颗粒的自由沉降
设颗粒为表面光滑的球形粒子，在重力场 中降落。颗粒受到三个力的作用：重力、浮力 和阻力。其中，前两个力是恒定的，而阻力则 随颗粒降落速度而变。当三个力达到平衡时， 由牛顿第二定律知，颗粒速度不在变化，此速 度称为沉降速度。
深层过滤
3） 滤饼的压缩性和助滤剂
沉降与过滤
P 32lu C P u C d2 32l / d 2
•
• • • •
μ：滤液黏度；l：滤饼中毛细孔道的平 均长度；d：直径 滤饼阻力RC∝μωV/A；RC=rμωV/A；r； 比例系数，称为滤饼的比阻。 过滤介质Rm 可以看作获得当量滤液量Ve 时所形成的滤饼层的阻力。 Rm=rμωVe/A 过滤速率：
dV PA2 d r V Ve
• 该式称为过滤基本方程，它表示过滤操 作中某一瞬时的过滤速率与物系性质(μ)， 压力差(ΔP)，该时间以前的滤液量(V)及 过滤介质的当量滤液量(Ve)之间的关系。 若用此式求出过滤时间与滤液量之间的 关系式，还需根据具体情况积分。 • 3-13 恒压过滤
C
P
• 3-12 过滤速率基本方程式
• 过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液体积， 可表示为 ，m/s。 • 过滤速率：单位时间通过的滤液体积，可 表示为dV/dτ，m3/s
• 推动力：ΔP=ΔPC+ΔPm ΔPC：饼层压差； ΔPm：过滤介质压差 • 阻力：饼层RC和过滤介质Rm • 层流：在圆形直管中(饼层)：
V KA
2 2
Ve KA2 e
2
V Ve
2
KA2 ( e ) 2
• 以上四式均称为恒压过滤方程式 • 令q=V/A，qe=Ve/A可得更为简单的恒压 过滤方程 2 qe K e
•
• • • •
μ：滤液黏度；l：滤饼中毛细孔道的平 均长度；d：直径 滤饼阻力RC∝μωV/A；RC=rμωV/A；r； 比例系数，称为滤饼的比阻。 过滤介质Rm 可以看作获得当量滤液量Ve 时所形成的滤饼层的阻力。 Rm=rμωVe/A 过滤速率：
dV PA2 d r V Ve
• 该式称为过滤基本方程，它表示过滤操 作中某一瞬时的过滤速率与物系性质(μ)， 压力差(ΔP)，该时间以前的滤液量(V)及 过滤介质的当量滤液量(Ve)之间的关系。 若用此式求出过滤时间与滤液量之间的 关系式，还需根据具体情况积分。 • 3-13 恒压过滤
C
P
• 3-12 过滤速率基本方程式
• 过滤速度：单位时间通过单位面积的滤液体积， 可表示为 ，m/s。 • 过滤速率：单位时间通过的滤液体积，可 表示为dV/dτ，m3/s
• 推动力：ΔP=ΔPC+ΔPm ΔPC：饼层压差； ΔPm：过滤介质压差 • 阻力：饼层RC和过滤介质Rm • 层流：在圆形直管中(饼层)：
V KA
2 2
Ve KA2 e
2
V Ve
2
KA2 ( e ) 2
• 以上四式均称为恒压过滤方程式 • 令q=V/A，qe=Ve/A可得更为简单的恒压 过滤方程 2 qe K e
过滤的基本概念
2
µRmV
A∆p
速度恒定，V均匀 ， 要求∆p↑
dV V µ= = = 常数 dt t
µcαV ∆p = 2 At
µRm V × V + t A
过滤基本方程式
（3）单位过滤面积上干滤饼质量（kg/m2） ）单位过滤面积上干滤饼质量（
V ω = LCρ s = C A
L为滤饼厚度 C为单位液体体积的固体颗粒 质量浓度
滤饼阻力 c 滤饼阻力R
α=
Rc
ω
单位过滤面积上干滤饼的质量
ω
过滤基本方程式
（4）基本过滤方程 ） 由达西定律有 dV A∆p = dt µωα
过滤原理： 过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。 过滤术语： 过滤术语： 滤浆： 滤浆：过滤操作所处理的悬浮液 过滤介质： 过滤介质：所用的多孔物质 滤液： 滤液：通过介质孔道的液体； 滤饼（滤渣） 滤饼（滤渣）：被截留的物质。
过滤的基本概念
过滤方式
工业主要过滤方式:滤饼过滤、 工业主要过滤方式 滤饼过滤、深层过滤 滤饼过滤 滤饼过滤 特点：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形 特点 成滤饼层 。 适用：处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过 适用 滤方式。
悬浮液 滤饼 过滤介质 虑液
µRmV
A∆p
速度恒定，V均匀 ， 要求∆p↑
dV V µ= = = 常数 dt t
µcαV ∆p = 2 At
µRm V × V + t A
过滤基本方程式
（3）单位过滤面积上干滤饼质量（kg/m2） ）单位过滤面积上干滤饼质量（
V ω = LCρ s = C A
L为滤饼厚度 C为单位液体体积的固体颗粒 质量浓度
滤饼阻力 c 滤饼阻力R
α=
Rc
ω
单位过滤面积上干滤饼的质量
ω
过滤基本方程式
（4）基本过滤方程 ） 由达西定律有 dV A∆p = dt µωα
过滤原理： 过滤原理：在外力的作用下，悬浮液中的液体通过多孔介质的 孔道而固体颗粒被截留下来，从而实现固、液分离。 过滤术语： 过滤术语： 滤浆： 滤浆：过滤操作所处理的悬浮液 过滤介质： 过滤介质：所用的多孔物质 滤液： 滤液：通过介质孔道的液体； 滤饼（滤渣） 滤饼（滤渣）：被截留的物质。
过滤的基本概念
过滤方式
工业主要过滤方式:滤饼过滤、 工业主要过滤方式 滤饼过滤、深层过滤 滤饼过滤 滤饼过滤 特点：固体颗粒呈饼层状沉积于过滤介质的上游一侧，形 特点 成滤饼层 。 适用：处理颗粒含量较高的悬浮液，是化工生产中的主要过 适用 滤方式。
悬浮液 滤饼 过滤介质 虑液
沉淀过滤分离操作技术
离心沉降设备 旋风分离器
旋风分离器是利用离心沉降原理从 气流中分离出颗粒的设备。上部为圆筒 形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上 侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此 来获得器内的旋转运动。气体在器内按 螺旋形路线向器底旋转，到达底部后折 而向上，成为内层的上旋的气流，称为 气芯，然后从顶部的中央排气管排出。 气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过 程中，由于密度较大，受离心力的作用 逐渐沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑 向出灰口。
重力沉降设备：
1、沉降室
利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。 沉降离心机 假设：气体通过速度为 u，尘粒沉降速度为 ut。 若设颗粒的水平移动速度与气流速度相同，则颗粒通过长度为 L 的 降尘段的时间(停留时间)为 t = L/u，而粒径为 dp、沉降速度为 ut 的颗粒 从高度为 H 的顶部降至底部所需时间为 t’ = H/ut 。 使粒径为 dp 的颗粒在降尘室内全部沉降的条件为 t = t’，即
可压缩滤饼的比阻是两侧压强差的函数。通常用下 面的经验公式来估算压强差改变时可压缩滤饼比阻的变 化，即： s
r r' ( p )
式中：r ’----单位压强差下滤饼的比阻，1/m2； s-----滤饼的压缩性指数，无因次。一般情况 下，s=0~1。对于不可压缩滤饼，s=0。 可压缩滤饼的过 滤基本方程式
沉降：悬浮在流体中的固体颗
第三章 沉降与过滤
二. 颗粒沉降的应用
1.除尘 在工业生产中经常会碰到含尘的气体需要净化，而最古老 的方法就是采用降尘室来去除含尘气体中的固体颗粒。 若进入降尘室的含尘气体中，颗粒直径大于 dPc 的颗粒能 被100% 的去除，则 dPc 称为临界颗粒直径；该直径的颗粒所 对应的沉降速度，称为临界沉降速度 utc 。 如果一个降尘室的降尘面积为 A ，需要将粒径大于 dPc 的颗粒完全去除，则该降尘室的处理量为： qV = A utc 。
第四节 过滤
过滤是使含固体颗粒的非均相物系通过布、网等多孔性材 料，分离出固体颗粒的操作。通常所说的“过滤”系指悬浮液 的过滤。
一. 悬浮液的过滤
过滤介质 过滤用的多孔性材料；
滤饼 滤液
1. 过滤方式 留在过滤介质上的固体颗粒； 通过滤饼和过滤介质的清液。
a. 深层过滤 ；
b. 滤饼过滤
2. 过滤介质 a. 织物介质 ； b. 堆积的粒状介质 ； c. 多孔性介质 。 3. 助滤剂
例： 用降尘室来净化温度为 200C ，流量为 2500 m3 / h 的常 压空气。 已知： 空气中所含尘粒的密度为 1800 Kg / m3 ； 要求净化后的空气中不含直径大于 10 mm 的尘粒。试求所需的 降尘面积 A 。若降尘室的底面宽 2 m ，长 5 m ; 问室内需要设 多少块隔板。
当悬浮液中的固体颗粒很小时，在过滤操作时这些颗粒会 堵塞过滤介质的孔隙，使过滤操作的阻力变大。为防止出现这 种情况，在实际的操作过程中往往会采用助滤剂。
第三章 沉降与过滤
面没有滤饼形成。
悬浮液
滤饼过滤：
悬浮液过滤时，液体通过过滤介质
而颗粒沉积在过滤介质表面而形成
滤液
滤饼，滤饼层成为有效的过滤介质 。
架桥现象
2、过滤介质 要求：具有适宜的孔径、过滤阻力小，应具有足够
的机械强度和耐腐蚀性。
种类：
织物介质：棉、麻、丝、毛、合成纤维
粒状介质：砂、木炭堆积成厚的床层
多孔介质：陶瓷、塑料、金属等烧结而成
dp
2
(
dr 2 ) d 0 2
离心沉降速度为
4d p p 2 dr r d 3
3、离心分离因数Kc 表示离心力与重力之间的相对大小
r 2 KC g
4、离心沉降设备 旋风分离器 旋液分离器 沉降式离心机
第四节 过滤
基本概念
过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体 通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下 来， 从而实现固、液分离的操作。
3、助滤剂
目的：防止过滤介质孔道堵塞，或降低可压缩滤饼 的过滤阻力。
助滤剂：坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松 结构。
要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大 小合适，助滤剂中不应含有可溶于滤液的物质，以 免污染滤液。
常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩粉、碳粉和石棉粉等
注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。
4、悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系
悬浮液
滤饼过滤：
悬浮液过滤时，液体通过过滤介质
而颗粒沉积在过滤介质表面而形成
滤液
滤饼，滤饼层成为有效的过滤介质 。
架桥现象
2、过滤介质 要求：具有适宜的孔径、过滤阻力小，应具有足够
的机械强度和耐腐蚀性。
种类：
织物介质：棉、麻、丝、毛、合成纤维
粒状介质：砂、木炭堆积成厚的床层
多孔介质：陶瓷、塑料、金属等烧结而成
dp
2
(
dr 2 ) d 0 2
离心沉降速度为
4d p p 2 dr r d 3
3、离心分离因数Kc 表示离心力与重力之间的相对大小
r 2 KC g
4、离心沉降设备 旋风分离器 旋液分离器 沉降式离心机
第四节 过滤
基本概念
过滤：在外力的作用下，悬浮液中的液体 通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下 来， 从而实现固、液分离的操作。
3、助滤剂
目的：防止过滤介质孔道堵塞，或降低可压缩滤饼 的过滤阻力。
助滤剂：坚硬的粉状或纤维状的固体，能形成疏松 结构。
要求：助滤剂应能较好地悬浮于料液中，且颗粒大 小合适，助滤剂中不应含有可溶于滤液的物质，以 免污染滤液。
常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩粉、碳粉和石棉粉等
注意：当滤饼是产品时不能使用助滤剂。
4、悬浮液量、固体量、滤液量与滤渣量的关系
(化工原理)第二节 沉降过程
离心沉降-8
(3) 颗粒在滞流情况下作自由沉降，其径向沉降速度可用下式 计算
因ρ<<ρs ,故式中的ρ可以略去；又旋转半径R 可取平均值 Rm，则气流中的离心沉降速度为
离心沉降-9
颗粒到达器壁所需的沉降时间为
令气流的有效旋转圈数为Ne,它在器内 运行的距离便是2πRmNe,则停留时间为
离心沉降-10
重力沉降设备–降尘室
二、重 力 沉 降设备
（一）、降尘室 （过程）
令 l——降尘室的长度,m ； H ——降尘室的高度,m； b ——降尘室的宽度,m； ut —— 颗粒的沉降速度,m;
u —— 气体在降尘室内水平通过的流速,m/s。
重力沉降பைடு நூலகம்备–降尘室
颗粒沉降至室底所 需的时间为：
重力沉降设备–降尘室
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
重力沉降设备–分级器
（三）、分级器
重力沉降用于分离不同粒径的同种颗粒和不 同密度的颗粒所用设备称为分级器
第3章 沉降与过滤-化工原理讲解
95106 2 3000 998.2 9.81
18 1.005 103
9.797 103 m / s
核算流型
Re t
dut
95 106
9.797 103 1.005 103
998.2
0.9244＜1
原假设滞流区正确，求得的沉降速度有效。
生产能力—n倍提高！
35
当降尘室用水平隔板分为N层，则每层高度为H/N。 水平速度u不变。此时：
尘粒沉降高度为原来的 1/N 倍；
utc降为原来的 1/N 倍； 临界粒径为原来的 1/ N 倍；一般可分离20m
以上的颗粒（通常为50m）。
d pc
18 ( p )g ut
where，
转速N :
转 / min
角速度 :
2N / 60
切向速度 :
u r
向心加速度: u2 r 2
r
47
离心分离因素：离心力与重力比
Kc
mr 2
mg
r 2
g
u2 gr
rN 2 900
增大Kc值的途径： 增大r ，强度要求
增大
旋风分离器：Kc
u2 gr
19
试差计算法：
• 假设沉降处于某一区域； • 计算ut； • 计算Re，校验区域； • 若符合，则正确，否则重新假设区域。
第04章 沉降与过滤1 - 最新中国药科大学《制药化工原理》ppt课件
1
化工原理
4) 颗粒形状 ， ，ut
5) 壁效应 (wall effect) ：
当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其 沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
6)干扰沉降（hindered settling）：
当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时， 颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。 干扰沉降速度比自由沉降的小。
设为层流，则：
1.86 105 Pa s
ut
d2(s )g 18
(40106 )2 9.81 (2600 1.165) 18 1.86 105
0.12m s
校核： Re du 0.3 2 (正确)
t
1
化工原理
磨擦数群法： ▪已知d，求
ut
ut
4d (s )g 3
Ret
1.球形颗粒的自由沉降：
受力分析
重力：Fg
π 6
d 3s g
浮力：Fb
π 6
d 3 ρg
流体密度
s 颗粒密度
Fb Fg
7
化工原理
阻力(drag force)：
Fd
(π 4
d2)
ρu 2 2
u
颗粒的重力沉降运动基本方程式:
Fg Fb Fd ma
u
----牛顿第二定律
化工原理
4) 颗粒形状 ， ，ut
5) 壁效应 (wall effect) ：
当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其 沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
6)干扰沉降（hindered settling）：
当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时， 颗粒沉降会受到其它颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。 干扰沉降速度比自由沉降的小。
设为层流，则：
1.86 105 Pa s
ut
d2(s )g 18
(40106 )2 9.81 (2600 1.165) 18 1.86 105
0.12m s
校核： Re du 0.3 2 (正确)
t
1
化工原理
磨擦数群法： ▪已知d，求
ut
ut
4d (s )g 3
Ret
1.球形颗粒的自由沉降：
受力分析
重力：Fg
π 6
d 3s g
浮力：Fb
π 6
d 3 ρg
流体密度
s 颗粒密度
Fb Fg
7
化工原理
阻力(drag force)：
Fd
(π 4
d2)
ρu 2 2
u
颗粒的重力沉降运动基本方程式:
Fg Fb Fd ma
u
----牛顿第二定律
化工原理 第三章 过滤
圆筒转动时凭借分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相通因而在回转一周的过程中每个扇形格表面即可顺序进行过滤洗涤吸干吹松卸饼等项操作201221520122152分配头的结构及工作原理分配头由紧密贴合着的转动盘与固定盘构成转动盘随筒体一起旋转固定盘内侧面各凹槽分别与各种不同作用的管道相通
工业过程中一般为滤饼过滤。
滤饼过滤.swf
滤饼过滤2.swf
2019/11/12
架 桥 现 象
架桥现象.swf
2019/11/12
4、过滤介质——滤饼的支承物
过滤介质应具有下列条件： （1） 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住 要分离的颗粒； （2） 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀； （3）足够的机械强度，使用寿命长； （4）价格便宜。 工业常用的过滤介质主要有：
2019/11/12
（3）常用的助滤剂——坚硬且形状不规则的小固体颗粒 ①硅藻土；
②珍珠岩；
③石棉；
④炭粉、纸浆粉等。
（4）助滤剂的加入方法
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤。
2019/11/12
6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
Ad 32 Vc
d2 A
写成等式，即：
工业过程中一般为滤饼过滤。
滤饼过滤.swf
滤饼过滤2.swf
2019/11/12
架 桥 现 象
架桥现象.swf
2019/11/12
4、过滤介质——滤饼的支承物
过滤介质应具有下列条件： （1） 多孔性，孔道适当的小，对流体的阻力小，又能截住 要分离的颗粒； （2） 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀； （3）足够的机械强度，使用寿命长； （4）价格便宜。 工业常用的过滤介质主要有：
2019/11/12
（3）常用的助滤剂——坚硬且形状不规则的小固体颗粒 ①硅藻土；
②珍珠岩；
③石棉；
④炭粉、纸浆粉等。
（4）助滤剂的加入方法
预涂 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进
加入方法
行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组 成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤。
2019/11/12
6、悬浮液量、固体量、滤液量及滤渣量之间的关系
Ad 32 Vc
d2 A
写成等式，即：
化工原理 沉降与过滤
*本节从最简单的沉降过程－刚性球形颗粒的自由沉降入手，
讨论沉降速度的计算，分析影响沉降速度的因素，介绍沉 降设备的设计或操作原则。 一、 沉降速度★ 二、 降尘室 三、 悬浮液的沉聚
一、沉降速度
（一）球形颗料的自由沉降 （二）沉降速度的计算 （三）影响沉降速度的其它因素
（一）球形颗料的自由沉降
（三）压力损失
气体通过旋风分离器的压力损失，可用进 口气体动压的某一倍数表示为
式中的阻力系数用下式计算
ui
2
2
30bh D 2 d LH
四、旋液分离器
旋液分离器是利用离 心力的作用，使悬浮 液中固体颗粒增稠或 使粒径不同及密度不 同的颗粒进行分级。 与旋风分离器相似， 只是液体与颗粒的密 度差较小，为提高分 离的离心力和停留时 间，因此器身做的较 细长。
分散相或分散物质→非均相物系中，处于分散状态的物质，如悬浮液
中的固体颗粒、乳浊液中的液滴、泡沫液中的气泡；
连续相或分散介质→包围着分散物质且处于连续状态的流体。 根据连续相状态，非均相物质分为两类： 气态非均相物质：如含尘气体、含雾气体等。 液态非均相物质：如悬浮液、乳浊液等。
（二）非均相混合物的分离方式
一、非均相物系的分离
（一）混合物的分类★ （二）非均相混合物分离方式★ （三）工业上分离非均相物质的目的
离心沉降和过滤的概念
5. 化学试剂处理：用表面活性剂或有机溶剂（甲苯）处理细 胞，增大细胞壁的通透性，降低胞内产物 的相互作用，使之容易释放。该法简单， 内含物释放少，产物较纯，可规模化生 产，但适用面窄。 6. 酶溶：利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到 部分或完全破坏后，增大胞内产物的通透性，使产 物得以释放。该法操作简单、温和，选择性强，酶 能快速地破坏细胞壁，而不影响细胞内含物的质 量，但缺点是酶的费用高，可规模化生产，但适 用面窄。
当管底介质的密度大于粒子的密度即在离心前预先配制介质的密度梯度此种密度梯度液包含了被分离样品中所有粒子的密度待分离的样品铺在梯度液顶上或和梯度液先混合离心开始后当梯度液由于离心力的作用逐渐形成管底浓而管顶稀的密度梯度与此同时原来分布均匀的粒子也发生重新分布
第一章 原料预处理
（一） 细胞分离 了解：重力沉降、离心沉降和过滤的概念。 理解：离心分离与过滤原理以及提高分离效率的方法。 应用：采用不同的离心分离、过滤设备对不同的细胞进 行分离。 （二） 细胞破碎 理解： 各种细胞破碎方法原理、优缺点及其适用范围。 应用：采用不同的细胞破碎方法对不同细胞进行不同程 度的破碎。
平衡区带离心（等密度离心法）: 在离心前预先配制介质的密度梯度，此种密度梯度液包 含了被分离样品中所有粒子的密度，待分离的样品铺在梯度 液顶上或和梯度液先混合，离心开始后，当梯度液由于离心 力的作用逐渐形成管底浓而管顶稀的密度梯度，与此同时原 来分布均匀的粒子也发生重新分布。当管底介质的密度大于 粒子的密度，即ρL＞ρs时粒子上浮；在管顶处ρs＞ρL时，则粒 子沉降，最后粒子进入到一个它本身的密度位置即ρs＝ρL， 此时粒子不再移动，粒子形成纯组分的区带，区带与样品粒 子的密度有关，而与粒子的大小和其他参数无关，因此只要 转速、温度不变，则延长离心时间也不能改变这些粒子的成 带位置。 此法一般应用于物质的大小相近，而密度差异较大时。 常用的梯度液是CsCl。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 旋风分离器的结构与操作原理
结构简单、无活动部件、操作范围广 、分离效率高；
分离因数可达5～2500；
一般可分离气体中 5 ～ 75m 直径的粒 子。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
1. 旋风分离器的结构与操作原理
为长岭炼油化工有限公司制造 的旋风分离器在预组装
PV型旋风分离器
为上海氯碱公司制造的旋 风分离器在预组装
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
(3) 降尘室的计算
设计型： 已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小。
操作型： 用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算 可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要求完 全除去直径dp的尘粒时所能处理的气体流量。
d min
(2) 降尘室的生产能力 n层降尘室的生产能力
Vs n 1LBut n 1Ab ut
ut应按需分离的最小颗粒尺寸计算；
气速不应过高，以免干扰颗粒的沉降
或将已沉降的颗粒重新扬起，一般保 证处于层流；
隔板间距一般为40～100mm
一般作为预除尘使用，分离粒度大于 50mm的粗粒。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
(1)入口含尘气体流量：
Vs ui AB
(2)临界粒径：
d p ,c
9 B N p ui
N---气体旋转圈数，对细长器身的旋分器约等于5
①分离器尺寸（B）愈大，临界粒径愈大， 分离效率愈低。 ②入口气速（ui ）愈大，临界粒径愈小，分 离效率愈高。
第二节 沉降
三、离心沉降
惯性离心力场与重力场比较
重力场 力场强度 方 向
离心力场
g
指向地心
ut r
沿旋转半径从 中心指向外周 2 ut FC m r
2
作 用 力
Fg mg
第二节 沉降
三、离心沉降
离心力
浮 力 阻 力
离心加速度 离心沉降速度
u 3 u Fc m T d p p T r 6 2 r
例 题
气体中所含尘粒的密度为 2000kg/m3，气体的流量为 5500 标 m3/h ，温度为 500℃ ，密度为 0.43kg/m3 ，粘度为 3.6×10-5Pa· s，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘， 要求分离效率不低于 90%，且知相应的临界粒径不大于
10μm ，要求压降不超过 700Pa ，试决定旋风分离器的尺
H B L
以速度u
以速度ut
随气体流动
作沉降运动
固体颗粒沉降分离的条件
L H u ut
降尘室的生产能力只与降尘室的
沉降面积Ab和颗粒的沉降速度ut 有关，而与降尘室的高度无关。
降尘室的生产能力
Vs LBut Ab ut
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
(1) 降尘室的结构 (2) 降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降尘
室所处理的含尘气体的体积流量， 用Vs表示，m3/s。
第二节 沉降
二、重力沉降设备
1. 降尘室——分离气体中尘粒的重力沉降设备
(2) 降尘室的生产能力 降尘室内的颗粒运动 u ut
作业：P177 — 8，9，10
【提问】
重力沉降设备与离心沉降
一、将降尘室用隔板分层后，若能100%除去的最小颗粒直径要求不 变，则生产能力将______，沉降速度______，沉降时间______。 二、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的？
A. 尺寸大，则处理量大，但压降也大；
B. 尺寸大，则分离效率高，且压降小； C 尺寸小，则处理量小，分离效率高；
qV qV 1.08m3 /s 4
为了保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10μm。
d p ,c
9 B N p ui
D N p 8qV 9 D 4
D B 4
2
ui
8qV qV 2 AB D
d p ,c
D
3
2 dp 32 N p qV ,c
本次课内容及要求
第三节 沉降
一、重力沉降 1. 球形颗粒的自由沉降 阻力系数 影响沉降速度的因素 沉降速度的计算 2. 非球形颗粒的自由沉降 二、离心沉降 离心沉降速度的计算 离心分离因数 三、重力沉降设备与离心沉降设备 重力沉降室 操作原理、设计计算 旋风分离器 分离原理、性能指标、影响分离效率的因素、计算步骤
D. 尺寸小，则分离效率差，且压降大。
三、某含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离气进行除尘。若 气体流量适当增加（其余不变），则降尘室除尘效率______，旋风 分离器除尘效率______。
第三节 过滤
一、概述
1. 过滤的概念
过滤： 利用能让液体通过而截留固体颗粒的多孔介质（过滤介 质）， 使 悬浮液中固液得到分离的单元操作。 滤浆 滤液 过滤操作中所处理的悬浮液。 通过多孔介质的液体。
9
0.695m
校核ΔP :
ui
P
8qV D2
8 1.08 17.9m / s 2 0.695
2
ui 2
2
0.43 17.9 8.0 550 Pa 2
700Pa
或者从维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风 分离器的最小直径。
总效率与粒级效率的关系：
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（4）旋风分离器的压降
对于同一结构型式及尺寸比例的旋风分离器，阻力系数为常数， 不因尺寸大小而变。如标准旋风分离器的阻力系数约为8。 旋风分离器的压降一般为500～2000Pa。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
第二节 沉降
四、离心沉降设备
4. 旋风分离器的计算
步骤： ① 根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低阻力二者 之间作权衡，一般长径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大，反 之，阻力小效率低； ② 根据允许的压降确定气体在入口的流速ui ； ③ 根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dp,c ； ④ 根据ui和dp,c计算旋风分离器的直径D ; ⑤ 根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分 离器的数目； ⑥ 校核分离效率与压降。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（3）分离效率 总效率—进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率。
粒级效率—进入旋风分离器的粒径为dp,i的颗粒被分离下来的质量分率。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
2. 旋风分离器的性能
（3）分离效率 分割直径dp,50 ：经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径
① 在相同的分离时间内，增加气流入口速度，可使分离粒径 减小，使更小的颗粒分离，提高分离效率。但是入口速度 不能无限增大，速度过大会形成涡流，将已沉降的颗粒卷 走，降低分离效率。所以一般旋风分离器入口处的气速为 15～25m/s。 ② 粒径大，所需分离时间少，沉降快。粒子密度增加，沉降 也快。即大颗粒或密度大的颗粒易分离。
ΔP=700Pa
ui=20.2m/s
1.08 D2 qV 0.0535m 2 AB 8 ui 20.2
D 8 0.0535 0.654m
校核临界粒径
d p ,c
9 B 9.1106 m 9.1μm N p ui
根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联 操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在（0.654～0.695m）范围 内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。 倘若直径D>0.695m，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。 倘若直径D<0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。
2
2
Fb
6
dp
3
FD
4
dp
2
uT r u r 2
2
uT ac r
ur
2
4d p ( p )uT 3 r
2
2
离心分离因数
a u Kc c T g gr
第二节 沉降
四、离心沉降设备
气固非均相物系的离心沉降——旋风分离器 液固悬浮物系的离心分离——旋液分离器或离心机
根据 D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分 离器的数目。 进气管截面积 :
D D D2 AB 0.076m 2 2 4 8
每个旋风分离器的气体处理量为：
AB ui 0.076 20.2 1.535m3 /s qV
含尘气体在操作状况下的总流量为： qV
滤 液 滤 浆 滤 饼 过滤介质
滤渣（滤饼）被截留住的固体物质。
实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力，化工中应用最多 的是压力过滤。
第三节 过滤
一、概述
2. 过滤方式
深层过滤 固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介质床层内部，悬浮 液中的颗粒直径小于床层直径，当颗粒随流体在床层的曲折 孔道穿过时，便粘附在过滤介质上。适用于悬浮液中颗粒甚 小且含量甚微（固相体积分率在0.1%以下）的场合。
5500 273 500 4.32m3 /s 3600 273
qV 2.8 qV
所需旋风分离器的台数为：
n
为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径 不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。
校核压力降与分离效率
四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：
Vs 18 p Ab
计算后，需检验Rep所在的范围。
第二节 沉降
二、重力沉降设备
2.沉降槽(增稠器、澄清器)—用于分离悬浮液或乳浊液的设备
适合处理量大、浓度不高、颗粒不太
细的悬浮液；
为提高沉降速度，可添加少量电解质 或表面活性剂，使颗粒发生“凝聚”
或“絮凝”；
沉渣中仍有约50%的液体。
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
③ 当（R2 – R1）减小时，τ 减小，即粒子沉降路径缩短， 加快粒子沉降速度。如果（R2 – R1）保持不变，R1和R2 同时增加，则（R2 + R1）增大，使分离时间延长。所以旋 风分离器直径越大，分离效率越低。如果需处理的气体量 较大时，可以将几个小尺寸的分离器并联起来使用。 ④ 如果温度越高，气体粘度μ 越大，则分离效率降低。
R1
24 Re p
2 2
ur
R2
d p p uT 18r
dr ur d
9 ( R2 R1 )
2 2
τ--- 尘粒由位置R1沉降至R2所需的时间，s R1– 气体排出管的外半径，m R2– 圆周部分的内半径，m
d p p uT
2
2
第二节 沉降
四、离心沉降设备
3. 影响分离效率的因素
第二节 沉降
二、重力沉降设备
3. 分级器——用于分离直径或密度不同的混合颗粒的设备
气体和液体都可以作为分级用的流 体，工业上应用的多为液体（水）。
第二节 沉降
二、重力沉降设备
例 3-4 ：设计一个降尘室，气体的流量为 20000Nm3/h, 温 度为600℃, 要求把气体中所含的大于40μm的灰尘沉降下 来，灰尘的密度为 2360kg/m3, 气体在 600℃ 时的粘度为 3.91×10-5Pa.s ，气体在降尘室内的压强可取为一个大气 压，气体密度为0.404 kg/m3。
寸与个数。
解： 根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui:
p
ui 2
ui
2 2p
700
=8.0
2 700 20.2m/s 8.0 0.43
按分离要求，临界粒径不大于 10μm，故取临界粒径 dp,c=10μm来计
算粒径的尺寸。由ui与dp,c计算D :
d p ,c
9 B 10 106 m N pui
wk.baidu.com
N=5
2
N p ui d p ,c 2 5 2000 20.2 10 10 6 0.196m B 5 9 3.6 10 9
旋风分离器的直径 ： D=4B=4×0.196=0.78m
滤饼过滤
固体颗粒成饼层状沉积于过滤介质表面，
形成滤饼。适用于处理固相含量稍高（固
相体积分率在1%以上）的悬浮液。
第三节 过滤
一、概述
3. 过滤介质
过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： ① 多孔性：孔道适当，对流体的阻力小，又能截住要分离的颗粒。 ② 物理化学性质稳定：耐热，耐化学腐蚀。